无线传感器网络监控技术综述

基于无线传感器网络的监控与检测技术综述

近年来，物联网（IoT）领域经历了快速发展，这主要得益于计算、通信和感知技术的进步。物联网形成了一个由互联设备组成的网络，这些设备能够实时收集和交换数据。这种连接性使得各种应用成为可能，包括智能家居、医疗保健、工业自动化以及环境监测。

在关键领域中，入侵检测是一项至关重要的任务，尤其是在不允许未经授权人员进入的敏感区域。这些区域可能包括军事基地、政府大楼、核电站或化学实验室等。闯入此类场所可能会导致严重的安全漏洞，甚至威胁到行政管理区域的安全。因此，在这些地方部署警卫以保障安全是极其不切实际且成本高昂的。一种隐藏的时间监控解决方案必须被部署，用于监视这些地点的异常活动。

为了应对上述监控挑战，我们关联了各种相对被动的线索，以实现对监控区域内实体的精确实时监控和检测。所有潜在的实体都属于感兴趣的区域或其周围环境的一部分，并在此处进行了分割。分割后的实体被识别出来，针对特定实体所需的传感器随之被部署并获取数据。随后实施了跟踪和准确的方法来增加产量。

相关工作

物联网被认为是在无线传感器网络基础上发展起来的未来计算形态，在这种模式下，物联网设备提供的服务将变得普遍可用。在这里，监控和检测可疑活动是物联网的一项重要应用。作者[2]提出了一种夜间监控系统，用于运动检测，该系统由无线传感器网络组成，利用射频作为传感器节点之间的通信接触。每当传感器节点之间建立联系并且有物体穿过它们之间的区域时，就会触发警报，采取必要的行动。该系统高效且易于部署。

作者[3]提出了一个基于马尔可夫决策过程（MDP）的视频跟踪框架，用于不规则活动检测。部署的传感器在消耗大量能量的同时追踪训练目标。因此，无线传感器被置于睡眠模式一段时间。因此，隐马尔可夫决策算法被利用，即使在传感器不活跃的安全状态下，也能观察到运动。

文献[4]中描述的监控设备被部署在森林或野外环境中，检查仪器设备的功能、行为和恶劣环境，以便设备能够在艰苦条件下持续监测并继续监控荒野。这是一篇密集的传感器视频监控论文[5]，基于通用、独立于领域的接近方法，部署在大范围内，多个传感器向中央单元发送数据，然后实施算法获得结果。此外，当检测到异常情况时会触发警报。

一篇关于实时人类交互的基于视觉的系统[6]被提出，该系统处理视觉数据以提取人脸特征，用于智能决策。对于仓库中食品的安全性，在线监控[7]正在开发和控制中。考虑温度和湿度等因素是为了保护食品免受变质影响。此外，还部署了一个视频监控系统，用于监控和保护储藏区免受外部威胁（例如入侵者、小偷）。进一步地，该系统将感应到的传感器数据传输到控制器，立即采取措施。

一个基于传感器的系统[8]被演示用于监控仓库中储存的谷物。在这里，诸如空调系统、湿度控制器、光源等物理系统都连接到传感器集群，遍布整个设施。当储存条件发生变化并超过阈值水平时，传感器感知到异常，启动物理系统，从而使仓库内部条件恢复到正常状态，便于谷物长期储存。

在这个框架[9]中，使用模糊逻辑预测特定仓库中储存的食物消耗所需的时间，据此决定何时补充食物。为了避免这种情况，引入了一种基于模糊变量选择的预测方法，以预测食物消耗情况。一个近似推理库存管理系统[10]配备通知机制，便于社会分配和告知有关储存环境变化的情况。该决策机制有助于最小化因退化、污染和过期造成的主要损失。

一个基于物联网的监控器[11]测量仓库托盘中易腐食品的保存时间，并在达到最大保存期限之前触发警报，提醒相关人员执行出口和利用程序。这样可以最大限度地减少仓库中易腐食品的损失。

这个播放器删除器[12]专注于设计和开发电子鼻，配有温度和湿度降解传感器，放置在食品仓库中，提前预测食品腐败并警告护理人员执行杀菌过程。在ATMEGA模拟控制的空调系统[13]中主要用于自动控制仓库中的温度，当与空调系统一起放置时，可避免食品腐败。

作者[14]利用数学方法演示了马尔可夫链机制，用于估算存储在仓库中的热量持续时间，考虑到气候条件、温度、湿度、发芽率和栖息地，从而使热量能够更长时间保持新鲜和可食用。这篇论文[15]展示了如何利用变化的NH3水平确定大型仓库中已灭菌食品容器的保质期。这里，诸如NH3、湿度和温度传感器等传感器用于获取有关仓库内部环境的信息。

进一步地，每一个相关的传感节点都会将数据无线传输给远程管理员。一个物联网入侵检测系统[16]被开发出来，用于敏感区域（如机场和政府建筑）中的不规则活动检测。所开发的系统是一个能够使用无线传感器和更多电机识别运动的实时监控系统，利用射频作为传感器节点间的通信媒介。每当传感器节点之间建立联系并且有物体穿过它们之间的区域时，就会触发警报，采取必要的行动。

作者[17]制定了多目标跟踪策略。部署用于追踪训练目标的传感器在追踪过程中消耗大量能量。因此，无线传感器在一段时间内进入睡眠模式。因此，隐马尔可夫决策算法被利用，即使在传感器不活跃的安全状态下，也能观察到运动。

文献[18]中描述的监控设备被部署在森林或野外环境中，检查仪器设备的功能、行为和恶劣环境，以便设备能够在艰苦条件下持续监测并继续监控荒野。这是一篇密集的传感器视频监控论文[19]，基于通用、独立于领域的接近方法，部署在大范围内，多个传感器向中央单元发送数据，然后实施算法获得结果。此外，当检测到异常情况时会触发警报。

一个基于视觉的人类交互系统[20]被提出，该系统处理视觉数据以提取人脸特征，用于智能决策。对于仓库中食品的安全性，在线监控[21]正在开发和控制中。考虑温度和湿度等因素是为了保护食品免受变质影响。此外，还部署了一个视频监控系统，用于监控和保护储藏区免受外部威胁（例如入侵者、小偷）。进一步地，该系统将感应到的传感器数据传输到控制器，立即采取措施。

一个基于传感器的系统[22]被演示用于监控仓库中储存的谷物。在这里，诸如空调系统、湿度控制器、光源等物理系统都连接到传感器集群，遍布整个设施。当储存条件发生变化并超过阈值水平时，传感器感知到异常，启动物理系统，从而使仓库内部条件恢复到正常状态，便于谷物长期储存。

下半部分如下:

表 I. 入侵检测技术比较表

作者	年份	方法	优点	缺点
He, Pascal Vicair et al.	-	VigilNet #partition 方法	作者演示了使用VigilNet #partition 在大型区域进行实时客观追逐，同时提供了94%的覆盖率，但作者未提供无法追踪目标的案例	覆盖率提供为94%，但在节点无法追踪目标的情况下缺乏案例说明
Dubaraka-Shah, Om Jayaveer et al.	-	Knight系统	演示了真实世界场景下的检测、分类和追踪多个目标，开发了在真实世界场景中实体检测效率的系统，而现有系统缺乏对伪装实体的识别能力	系统缺乏在极端天气条件和拥挤情况下识别伪装实体的能力
Ding Yang, Yin Wu, Wang Hang	-	Qua-gmeta	实施Qua-gmeta 展示了令人兴奋的性能，即使在具有挑战性的实时追踪中也是如此，此处针对长时间追踪开发了实体间追踪期间的共相关性	系统需要为长时间追踪构建累积的共相关性，短时间间隔追踪效率较低
Ognejn Aranđelović, Robi Polikar	-	快速照明不变人脸识别	本文提出了一种新颖的方法，从低分辨率图像中进行快速照明不变人脸识别，使用图像处理滤波器	系统未实现鲁棒的图像处理滤波器，实际上减少了计算效率的损失
Jun Tie, Qing Cao	-	基于局部归一化和Adaboost算法	本文提出使用原始策略和G-L技术解决视频流中的人脸检测问题，诸如光照变化等人脸检测问题得以消除	每帧处理时间为约0.5秒，相比当今显示器从1-23帧的处理速度要慢得多
Jason DeGroot, Venugopal Mani	-	部分观测马尔可夫决策过程(POMDP)	利用传感器网络通过实现POMDP和动态规划公式化了多目标追踪问题	传感器能够在不消耗过多能量的情况下追踪多个目标，当无目标被检测到或长时间无活动时，传感器进入睡眠状态
Roman Yulov Boron, et al.	-	野生动物音频/视频监控系统	使用相对便宜的组件在一段时间内监控动物和鸟类，发现行为中的异常	产生非常大量的监控数据，即使在无活动情况下也需要现场存储和处理，如足迹采集耗时
Jorge Fernandez, Lorena Calavia et al.	-	主要独立应用平台	基于通用、独立于领域的接近方法部署在大都市区域，如完整的城市、带有廉价传感器的设施，当检测到异常时触发警报	需要安装摄像头而不留下死角。未利用如运动、温度传感器等，这些可能在交通拥堵内部发挥作用
Xiao Gang Wang et al.	-	Stauffer-MoG, Wang Pattern Recognition Letters	审查了类似于Stauffer-MoG, Wang Pattern Recognition的技术	多摄像头设置已实施以监控特定区域，此处追踪即使实体从一个区域移动到另一个区域也不会丢失数据
Maris, Krama, Coram	-	Mark Two Network Prediction, Comparison Algorithm	论文优化了能源利用，通过Mark Two Networks用于有效通信和冗余消除，人工生成的数据集显示，所开发协议相比其他使用无线传感器网络的协议节省了更多能源	数据是人工生成的，并未与持有相同对象的其他协议性能进行比较，可能消耗更多能源
Shu Zhu, Amit Roy-Chowdhury	-	时空稀疏高效监控	作者提出了基于内容的视频摘要，其中视频的部分被跳过进行信息性总结	系统能够基于获取内容的类型识别实体及其上下文，但未触发任何类型的警报，因此无法避免任何可能发生的意外
Muhammed Guwai	-	无线电频率信号强度指示	机制采用无线电频率信号，接收并指示、测量信号强度以检测兴趣区域内的任何运动	一组无线运动传感器被部署以检测可检测的运动，必要时可采取相应行动
S. Panya et al.	-	比较 Haar Cascade, Motion, Face Detection	提出了一种基于多种传感器的实时家庭监控方法，处理大量数据	此处智能入侵检测系统仅识别人类入侵者，系统的部署局限于小型场所如房屋，但在大型区域如仓库中，入侵不仅由人类造成，也可能由动物和鸟类引起，因此有必要识别入侵者无论其可能是什么

结论

在本文的监控工作中，我们呈现了一种改进的自适应实体检测方法，该方法利用有限资源实现了在无人为干预的情况下提供安全和保障。采用了运动传感器、被动红外传感器以及行为和追踪系统，用于检测可疑活动，同时使用灯光、警报和摄像头进行记录。此外，除了检测异常情况外，系统还会向管理员发出警报，提醒护理人员防止财产损坏或丢失。此外，管理员有能力远程重新调整，跟踪在任何时间实例中所有事态的发展。